何為混凝土結(jié)構(gòu)
談及這個(gè)問題，我們先了解一下何為“預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)”。它是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受外力荷載作用前，人為給拉區(qū)砼施加預(yù)壓應(yīng)力，由此產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)用以減小或抵消外荷載所引起的拉應(yīng)力，即借助于混凝土較高的抗壓強(qiáng)度來彌補(bǔ)其抗拉強(qiáng)度的不足，達(dá)到推遲受拉區(qū)混凝土開裂的目的。
預(yù)制混凝土兩種構(gòu)件方法
目前預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的施工方法有兩種，即先張法和后張法。
先張法
在混凝土灌筑之前，先將由鋼絲鋼絞線或鋼筋組成的預(yù)應(yīng)力筋張拉到某一規(guī)定應(yīng)力，并用錨具錨于臺(tái)座兩端支墩上,接著安裝模板、構(gòu)造鋼筋和零件,然后灌筑混凝土并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。當(dāng)混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，放松兩端支墩的預(yù)應(yīng)力筋，通過粘結(jié)力將預(yù)應(yīng)力筋中的張拉力傳給混凝土而產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。
后張法
先灌筑構(gòu)件，然后在構(gòu)件上直接施加預(yù)應(yīng)力的方法。一般做法多是先安置后張預(yù)應(yīng)力筋成孔的套管、構(gòu)造鋼筋和零件，然后安裝模板和灌筑混凝土。預(yù)應(yīng)力筋可先穿入套管也可以后穿。等混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，用千斤頂將預(yù)應(yīng)力筋張拉到要求的應(yīng)力并錨于梁的兩端，預(yù)壓應(yīng)力通過兩端錨具傳給構(gòu)件混凝土。
本次我們討論的“預(yù)制先張法預(yù)應(yīng)力疊合梁”即是采用預(yù)制混凝土構(gòu)件的技術(shù)結(jié)合先張法工藝在工廠生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力疊合梁。
相較于行業(yè)類常規(guī)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力疊合梁最大的不同也是最大的難點(diǎn)就是施加預(yù)應(yīng)力。
首先我們了解一下預(yù)制先張法預(yù)應(yīng)力疊合梁施工工藝（如下圖所示）：
先張法施工流程圖
預(yù)應(yīng)力疊合梁的模具的要求將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般預(yù)制墻疊合梁的模具。普通的梁模具只需要考慮漲模即可，而預(yù)應(yīng)力疊合梁的模具還要考慮縱向受力。如下圖所示，這是一套預(yù)應(yīng)力疊合梁的生產(chǎn)模具（缺端模）。從外面開來，與一般疊合梁模具并無多大差異，但他的重量將是普通梁模具的2-3倍。
確定模具方案時(shí)，應(yīng)首要考慮臺(tái)座的方案。臺(tái)座是先張法構(gòu)件生產(chǎn)中是主要的承力構(gòu)件，它必須具有足夠的承載能力、剛度和穩(wěn)定性，以免因臺(tái)座的變形、傾覆和滑移而引起預(yù)應(yīng)力的損失，以確保先張法生產(chǎn)構(gòu)件的質(zhì)量。一般情況將預(yù)應(yīng)力疊合梁底模作為臺(tái)座。
在施工過程中，鋼筋的張拉、放張是決定預(yù)應(yīng)力構(gòu)件是否合格的重中之重。絕對(duì)不能疏忽。
預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用合適的張拉方法、張拉順序和張拉程序進(jìn)行，并應(yīng)有可靠的保證質(zhì)量措施和安全技術(shù)措施。
預(yù)應(yīng)力筋的張拉可采用單根張拉或多根同時(shí)張拉，當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量不多，張拉設(shè)備拉力有限時(shí)常采用單根張拉。當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量較多且密集布筋，另外張拉設(shè)備拉力較大時(shí)，則可采用多根同時(shí)張拉。在確定預(yù)應(yīng)力筋張拉順序時(shí)，應(yīng)考慮盡可能減少臺(tái)座的傾覆力矩和偏心力，先張拉靠近臺(tái)座截面重心處的預(yù)應(yīng)力筋。
此外，在施工中為了提高構(gòu)件的抗裂性能或?yàn)榱瞬糠值窒捎趹?yīng)力松弛、摩擦、鋼筋分批張拉以及預(yù)應(yīng)力筋與張拉臺(tái)座之間溫度因素產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失，張拉應(yīng)力可按設(shè)計(jì)值提高5%。但預(yù)應(yīng)力筋的最大超張拉值：對(duì)于冷拉鋼筋不得大于0.95fpyk(fpyk為冷拉鋼筋的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值)；碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線不得大于0.80fpyk；熱處理鋼筋、冷拔低碳鋼絲不得大于0.75（fpyk為預(yù)應(yīng)力筋的極限抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值）。
預(yù)制例筋的張拉力方法
預(yù)應(yīng)力筋的張拉力方法有超張拉法和一次張拉法兩種。
超張拉法
0－1.05con持荷2mincon
一次張拉法
0－1.03con
其中con為張拉控制應(yīng)力，一般由設(shè)計(jì)而定。采用超張拉工藝的目的是為了減少預(yù)應(yīng)力筋的松弛應(yīng)力損失。所謂“松弛”即鋼材在常溫、高應(yīng)力狀態(tài)下具有不斷產(chǎn)生塑性變形的特性。松弛的數(shù)值與張拉控制應(yīng)力和延續(xù)時(shí)間有關(guān)，控制應(yīng)力高，松弛也大，所以鋼絲、鋼絞線的松弛損失比冷拉熱軋鋼筋大，松弛損失還隨著時(shí)間的延續(xù)而增加，但在第一分鐘內(nèi)可完成損失總值的50%，24h內(nèi)則可完成80%。所以采用超張拉工藝，先超張拉5%再持荷2min，則可減少50%以上的松弛應(yīng)力損失。而采用一次張拉錨固工藝，因松弛損失大，故張拉力應(yīng)比原設(shè)計(jì)控制應(yīng)力提高3%。
某預(yù)應(yīng)力疊合梁采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線作為預(yù)應(yīng)力筋，單根鋼絲截面面積ap=139mm²，fptk=1860mpa，公稱直徑15.2mm，如采用一次張拉工藝；則其單根鋼絲的張拉力p=0.75x1860x139=193905n。其張拉應(yīng)力為0.69fptk，小于0.75fptk。
預(yù)應(yīng)力筋放張過程是預(yù)應(yīng)力的傳遞過程，是先張法構(gòu)件能否獲得良好質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)放張要求，確定合宜的放張順序、放張方法及相應(yīng)的技術(shù)措施。
放張預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無專門要求時(shí)，不得低于設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75%。放張過早由于混凝土強(qiáng)度不足，會(huì)產(chǎn)生較大的混凝土彈性回縮而引起較大的預(yù)應(yīng)力損失或鋼絲滑動(dòng)。放張過程中，應(yīng)使預(yù)應(yīng)力構(gòu)件自由壓縮，避免過大的沖擊與偏心。
當(dāng)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件用鋼絲配筋時(shí)，若鋼絲數(shù)量不多，鋼絲放張采用氧－乙炔焰熔斷的方法，并應(yīng)從靠近生產(chǎn)線中間處剪斷，這樣比在靠近臺(tái)座一端處剪斷時(shí)回彈減小，且有利于脫模。若鋼絲數(shù)量較多，所有鋼絲應(yīng)同時(shí)放張，不允許采用逐根放張的方法，否則，最后的幾根鋼絲將承受過大的應(yīng)力而突然斷裂，導(dǎo)致構(gòu)件應(yīng)力傳遞長度驟增，或使構(gòu)件端部開裂。放張方法可采用放張橫梁來實(shí)現(xiàn)。橫梁可用千斤頂或預(yù)先設(shè)置在橫梁支點(diǎn)處的放張裝置（砂箱或楔塊等）來放張。
粗鋼筋預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)緩慢放張。當(dāng)鋼筋數(shù)量較少時(shí)，可采用逐根加熱熔斷或借預(yù)先設(shè)置在鋼筋錨固端的楔塊或穿心式砂箱等單根放張。當(dāng)鋼筋數(shù)量較多時(shí)，所有鋼筋應(yīng)同時(shí)放張。
采用濕熱養(yǎng)護(hù)的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件宜熱態(tài)放張，不宜降溫后放張。
預(yù)應(yīng)力筋的放張順序，應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；當(dāng)設(shè)計(jì)無專門要求時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：
1、對(duì)承受軸心預(yù)壓力的構(gòu)件（如壓桿、樁等），所有預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)同時(shí)放張；
2、對(duì)承受偏心預(yù)壓力的構(gòu)件，應(yīng)先同時(shí)放張預(yù)壓力較小區(qū)域的預(yù)應(yīng)力筋，再同時(shí)放張預(yù)壓力較大區(qū)域的預(yù)應(yīng)力筋；
3、當(dāng)不能按上述規(guī)定放張時(shí)，應(yīng)分階段、對(duì)稱、相互交錯(cuò)地放張。以防止在放張過程中，構(gòu)件產(chǎn)生彎曲、裂紋及預(yù)應(yīng)力筋斷裂等現(xiàn)象。
4、放張后預(yù)應(yīng)力筋的切斷順序，宜由放張端開始，逐次切向另一端。
無論張拉還是放張都是存在較大安全隱患的，工廠應(yīng)設(shè)置安全警戒線，非專業(yè)施工人員嚴(yán)格進(jìn)入預(yù)應(yīng)力梁加工區(qū)。
預(yù)應(yīng)力梁相較于一般梁，在幾何尺寸上，它將更大，更長，更高。實(shí)際施工過程中，拆模、混凝土澆筑振搗、吊裝都是較大的問題，應(yīng)該要考慮好。
如一個(gè)0.4m*0.8m*12m（寬*高*長）的預(yù)應(yīng)力疊合梁，它的端模與混凝土接觸面積達(dá)9.6平方，它的吸附力是不可想象的。因此在涂刷脫模劑的時(shí)候一定要把控好涂刷質(zhì)量，不可馬虎。
0.8m的高度以及12m的長度，注定無法在pc流水線上生產(chǎn)、振搗?；炷帘仨毞謱訚仓駬v密實(shí)。
對(duì)于一般預(yù)制構(gòu)件廠應(yīng)該考慮預(yù)應(yīng)力梁的生產(chǎn)位置。預(yù)制構(gòu)件廠內(nèi)行車一般配置為5t、10t、16t，就拿上面的預(yù)制梁來說，它的重量約9.6t左右，動(dòng)荷載按1.5計(jì)算，實(shí)際起重重量將達(dá)到14.4t。
在傳統(tǒng)施工中，先張法一般僅適用于生產(chǎn)中小型構(gòu)件，同時(shí)也在固定的預(yù)制廠生產(chǎn)。而在國內(nèi)，部分pc流水線廠家也將預(yù)應(yīng)力疊合梁生產(chǎn)線作為研發(fā)方向。不難想象，先張法預(yù)應(yīng)力疊合梁必將走進(jìn)裝配式構(gòu)件廠，成為未來構(gòu)件廠的主流產(chǎn)品。